我国早期原子钟研制历程回顾

“2019全国时间频率学术会议”是由四个专业委员会联合每两年举办一次的20周年纪念会。20年来，我国原子钟事业已有长足发展，成为世界上原子钟研制与开发的大国。但总体上说，我们的工作还是以跟随为主，真正属于自主创新的较少。不改变这种局面，我们还难以成为独立自主的时间频率强国，为国家经济和国防建设作出应有贡献。本文回顾了我国原子钟研发的情况，提到一些从基础研究上属于原始创新的案例。阐述了这些案例是在简陋的实验条件下依靠对原子钟内各类实验现象进行深入的物理分析基础上出现的。同时，也指出了在比较粗糙的工艺条件下实现精细的技术指标中能工巧匠所起的特殊作用。文章也约略提到国内各单位间无私协作的崇高精神。本文将讲述一些故事，并就原子钟产业的问题表示一点看法。中国要实现“强国梦”，阻力和困难还很多很艰巨，我们必须拥有丰富的原始创新来加以克服。为此，坚韧的奋斗钻研精神和传统仍不失借鉴与继承意义。     

原子钟和空间实验

描述了高稳定性原子钟目前的进展水平、原子钟性能对空间实验测量的意义，并对应用原子钟的一些空间实验，特别是现在技术上能实现的一些空间载钟的科学实验进行了介绍。     

基于光频标的氢原子钟频率驾驭系统软件设计

光频标和氢原子钟联合守时的时间系统需要集成仪器控制、数据采集、原子钟性能评估等功能，解决光频标的有效运行率低对氢原子钟频率驾驭的影响，因此，设计了基于光频标的氢原子钟频率驾驭系统软件。软件使用可互换虚拟仪器驱动和网络通信实现设备间的数据交互，采用中位差(Median Absolute Deviation, MAD)方法的数据预处理策略完成测量数据的异常点检测，并利用Alglib数值分析和数据挖掘函数库完成核心程序编写。实验表明，在光频标的有效运行率为80%的条件下，氢原子钟驾驭后产生的时间信号与UTC的同步精度小于2.5 ns。     

基于相干极化调制的小型化CPT原子钟进展

基于相干布局囚禁（Coherent Population Trapping）的被动型气泡原子钟，因其优良的短稳2E-13@1s和中期稳定度2.5E-15@10⁴s，而成为高性能原子钟的有力竞争者。本文基于一种新构型来探索实现高性能小型化CPT原子钟。我们通过3.4GHz微波直接调制分布式布拉格反射(DBR)激光器产生相干双色光，同时在微波和激光光束上分别施加同步的相位调制和偏振调制，实现相干极化调制，获得了较高对比度（14.7%）和较窄线宽（416Hz）的CPT共振信号。该方案采用直接调制技术使原子钟系统体积、复杂性和环境敏感性都得到减小，这使得高性能CPT原子钟的小型化成为可能。     

《中国空间科学技术》创刊30周年

自1981年6月出版创刊号以来,《中国空间科学技术》至2011年6月已建刊30周年,出版了184期。
在伴随并见证着中国空间事业的高速成长与发展的同时,这30年中,《中国空间科学技术》也取得了一系列丰硕成果：荣获多次中国航天系统、国防科学技术委员会、北京市、国家级优秀科技期刊奖励;2000年入选“中国期刊方阵”和“双百期刊”;2008年被评为“中国精品科技期刊”;还被收入《中文核心期刊要目总览》,并被列入航空航天类统计引文源;入选“中国科技核心源期刊”;入编中国科学引文数据库统计源;被美国“剑桥科技文摘”（CSA）收录,并成为核心源期刊;2010年成为EI检索数据库正式收录期刊。
《中国空间科学技术》所取得的这些进步,是主管、主办单位各级领导大力支持的结果,是期刊编委、审稿专家无私培植的结果,是广大作者奉献智慧财富的结果,是众多读者关心爱护的结果。在此《中国空间科学技术》编辑部向他们致以衷心的感谢。
今后《中国空间科学技术》将始终本着“交流空间技术科研成果,探讨前沿技术,活跃学术研究,促进人才成长,服务空间事业”的宗旨,努力成为国内一流的学术技术刊物。编辑部将始终遵循“百花齐放,百家争鸣”的办刊方针,发扬学术民主,积极开展学术研讨,使《中国空间科学技术》成为中国空间科技人员发表研究成果、进行学术交流、探讨前沿技术的重要园地;成为宣传和展示中国空间科学技术成果的重要窗口;成为沟通航天工程技术领域科研人员的“桥梁”和“纽带”,为促进中国空间事业的发展做出应有的贡献。     

推进先进航天计量保证体系的思考

建立了“四体系一平台”航天计量保证体系，成为保障航天型号研制生产的重要技术基础。面临科技创新、军民融合等战略发展机遇，航天计量将发挥自身优势，为型号产品研制生产和国防科技工业发展助力护航。     

利用自然能的轨迹可控临近空间浮空器初步设计

文章针对现有临近空间浮空器持久区域驻留期间面临的“超热”、“超压”和抗风机动飞行对材料和能源技术的挑战,提出一种充分利用自然界热能和准零风层风场环境的新型临近空间浮空器技术方案。文章分别介绍了新型临近空间浮空器的工作原理、系统组成、功能特点和飞行操控策略;通过浮空器热建模仿真分析和参数总体设计,研究了主气囊热控参数、浮空器白天和夜间“超热”能力,以及浮空器体积规模之间的耦合关系。结果表明,通过主气囊热控参数优化设计,可使浮空器白天“超热”值在100K以上,夜间“超热”值在20K以上,并给出了20~80K“超热”范围内的新型浮空器总体参数设计结果,这些结果满足浮空器高度调节所需浮升能力变化要求。     

基于相干极化调制的小型化CPT原子钟进展

基于相干布局囚禁(Coherent Population Trapping)的被动型气泡原子钟,因其优良的短稳2E-13@1s和中期稳定度2.5E-15@10~4s,而成为高性能原子钟的有力竞争者。本文基于一种新构型来探索实现高性能小型化CPT原子钟。我们通过3.4GHz微波直接调制分布式布拉格反射(DBR)激光器产生相干双色光,同时在微波和激光光束上分别施加同步的相位调制和偏振调制,实现相干极化调制,获得了较高对比度(14.7%)和较窄线宽(416Hz)的CPT共振信号。该方案采用直接调制技术使原子钟系统体积、复杂性和环境敏感性都得到减小,这使得高性能CPT原子钟的小型化成为可能。     

IIR滤波器在芯片原子钟中的应用

芯片原子钟是具有小体积,低功耗特点的原子钟。本文采用了IIR滤波器方案对芯片原子钟物理系统输出信号进行处理,该方案有利于减小芯片原子钟的体积、提高芯片原子钟短期频率稳定度。实验结果表明,与FIR滤波方案相比,IIR滤波器使用的FPGA资源减小了约58%;与现有模拟滤波方案相比,使用IIR滤波器方案的芯片原子钟频率稳定度提高了1.4×10~(-10)τ~(-1/2)(τ=1s-100s),电路面积减小了10%。     

磁选态铯原子钟弱信号直接采样方法研究

磁选态铯原子钟的输出频率与铯束管输出的弱电流信号有关，影响其频率稳定度。为了提高其频率稳定度技术指标，在对磁选态铯原子钟主伺服电路弱信号压频转换（V-F）和模/数 (A/D)直接采样对比的基础上，设计了基于DSP28335芯片的A/D直接采样电路，利用CAN总线通信技术与主控CPU板进行通信，实现整钟闭环锁定的方案。通过试验与被测磁选态铯原子钟现有压频转换法进行对比，结果表明，所设计的A/D直接采样法较压频转换法减小了磁选态铯原子钟相对频率偏差范围，改善了短期频率稳定度，具有实用价值。     

国际原子时进展中的原子钟

对近几年国际原子时 (TAI)进展中不同类型原子钟和不同时间实验室原子钟贡献的权重进行了比较 ,并介绍了原子钟权重受其频率漂移率影响的一些分析结果     

小型磁选态铯原子钟产品化进展

本文介绍了磁选态铯原子钟产品化进展情况，包括人们广泛关注的产品的性能指标测试、可靠性保证及寿命评估等，提出了铯束管采用单束束光学和电路采用了数字化技术是实现性能指标的基本保证；给出了产品化初期出现的一些故障现象及解决措施，以及为进一步提高可靠性开展的环境适应性试验；并讨论了电子倍增器寿命评估方法，提出寿命评估公式，对铯钟的寿命给出了评估结果。最后提出了产品化过程中还需要进一步探索的问题，不仅对磁选态铯原子钟的产品化有帮助，而且对光抽运铯钟甚至其他种类原子钟的产品化亦有参考价值。     

Switching and performance variations of on-orbit BDS satellite clocks

The information of the satellite clock switching and performance variations on-orbit of Chinese BeiDou-2 Navigation System (BDS) is not available for the public. In order to detect the BDS satellite clock switching and performances variation, we analyzed the precise clock offset products with a total duration of 5?years every BDS satellite equipped four atomic clocks from four different manufactures from January 2013 to October 2017. Three important contributions are concluded as follows. (1) It is found that the average time of on-orbit operation for BDS satellite clocks is about 1–2?years. There have been 22 times of clock switching for BDS satellites, of which the C05 and C08 satellites have been switched to the fourth (last) atomic clock. (2) There are frequent phase adjustments for BDS on-orbit satellite clocks, and the frequency series is relatively stable. Furthermore, there are semi-annual sinusoid cycles in the frequency drift series of C06 and C09 satellites. (3) The performances of MEO satellite clocks perform better than the IGSO and GEO satellite clocks. The average ten-thousand frequency stability of BDS satellite clocks is about 1E-13, which is worse than that of GPS and Galileo but better than that of GLONASS.     

远地时钟比对数据消噪方法研究

远地时钟比对是利用不同实验室的原子钟建立综合原子时尺度的必要条件，因而实现远地时钟比对的高精度时间传递技术的噪声水平，成为影响原子时性能的主要因素之一。本文主要研究了基于EMD的低通滤波方法，及其在远地时钟比对数据消噪中的应用，并将该方法与Vondrak平滑方法进行比较。结果表明：基于EMD的低通滤波结果明显优于Vondrak平滑结果。     

冷原子喷泉的改进与应用

论述了冷原子喷泉的改进与应用,评述了冷原子喷泉二十年发展的进步,展望了冷原子喷泉研究和发展的前景。     

远地时钟比对数据消噪方法研究

远地时钟比对是利用不同实验室的原子钟建立综合原子时尺度的必要条件,因而实现远地时钟比对的高精度时间传递技术的噪声水平,成为影响原子时性能的主要因素之一。本文主要研究了基于EMD的低通滤波方法,及其在远地时钟比对数据消噪中的应用,并将该方法与Vondrak平滑方法进行比较。结果表明：基于EMD的低通滤波结果明显优于Vondrak平滑结果。     

星载原子钟数据预处理的方法研究CSCD

星载原子钟的数据预处理是进行原子钟性能分析和钟差预报的前提,本文主要利用相位数据和频率数据的转换和异常数据的分析处理方法对原子钟数据进行了预处理,有效的保证了数据的可靠性。     

激光时间传递技术的进展

激光时间传递是通过激光脉冲在空间的传播来实现地面与卫星时钟或地球上远距离两地时钟的同步。本文介绍了激光时间传递的国内外进展情况 ,重点介绍我们建立的一套地面激光时间比对系统。比对结果表明 ,激光时间传递获得很高的精度和稳定度。     

铷原子钟物理部分的低剂量率辐射效应研究

铷原子钟物理部分是铷原子钟的原子鉴频器,决定铷原子钟的短期和长期稳定度（1s以上）,其中使用了金属铷、玻璃、镍铁合金等材料和一些双极性晶体管、运算放大器等器件,其核心部件铷泡是一个采用特殊真空工艺制造的器件,这些材料、器件和工艺的低剂量率辐射效应需要实验评价。本文提出并完成了铷原子钟物理部分的低剂量率辐射实验,采用Co60γ源,辐射剂量率0.01rad（Si）/s,总剂量50krad（Si）,对铷原子钟物理部分和铷泡的辐射效应分别进行了实验评估。这项研究更加真实地逼近了空间的电离辐射,实验数据对于星载铷原子钟的在轨运行监测和下一代星载铷原子钟的抗辐射设计具有重要的作用。     

发展我国的空间用高准确度原子钟

原子钟在科学技术、军事和商业中应用甚广,在空间任务,特别是卫星导航系统中起着决定性作用。目前我国还没有自己的空间用高准确度原子频标,发展适合空间应用的星载原子钟是我们面临的迫切任务。